基于混杂模型和滤波器的电力电子电路故障诊断

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1、基于混杂模型和滤波器的电力电子电路故障诊断中国民用航空中南地IX空中交通管理局湖南分局湖南长沙410000摘要：随着经济的发展、社会的进步，我国计算机技术和微电子技术也得到了很大的发展，其发展在很大程度上促进了电子电路技术的发展。然而在应用电力电子电路的过程中，却十分容易出现故障，对此需要采取措施诊断电力电子电路中的故障，使得电力电子电路系统更加稳固可靠。目前主要使用的诊断方法就是应用修正的W叶斯算法在数学模型中。木文就在诊断电力电子电路故障的过程中应用了STE、模型和混杂的诊断方法，这种方法既能够对参数型故障进行诊断，也能够对结构型故障进行诊断。关键词：混杂模型；滤波器；电力电子电路；故障

2、诊断现今，随着经济的快速发展，电力电子电路得到了广泛运用，如在工业、航空、军事等领域中都得到了广泛运用。电力电子电路的运行情况如何对于系统运行的可靠性以及安全性都具有重要作用。因此，对于电力电子电路进行故障诊断只有重要的实践意义。一般来说，电力电子电路出现的故障问题主要指的是主电路山现的故障问题，可将其分为参数性故障以及结构性故障［1］。参数性故障主要指的是电路参数和正常值发生偏移，且偏移的范围导致电力电子电路发生故障，如电感值以及电容值的数值偏移正常范围就会造成其发生相应的故障。对这种参数性故障进行诊断主要采用的是参数辨识的方式对其进行诊断。结构性故障主要指的是电力电子器件由于断路、幵路等

3、原因导致电路拓扑出现一定故障。对这种故障类型所采取的主要诊断方式是专家库法以及基函数法等等。木文主要对电子电路所具备的基木物理特征进行了分析，并在此基础上将电力电子电路使用混杂系统模型进行表示。之后，再在混杂系统中应用强跟踪滤波器，采用强跟踪滤波器对电力电子电路混杂混杂模型的参数以及状态进行评估估计［2］。再利用己经得到修正的Bayes算法对电力电子电路出现的故障原因进行判决，进而实现了对电力电子电路出现故障原因的实时诊断。并且，通过这种仿真实验，对于该方法在参数型故障以及结构型故障诊断中所具有的有效性进行了充分验证。一、电子电子电路的混杂描述混杂系统主要指的是系统既包含连续动态的特点，又包

4、含离散动态的特点。并且在系统中这两种动态相互之间产生混杂，并相互产生作用的一种具有一定复杂性的系统。混杂系统模态转移出现的原因主要有：首先，外界控制指令发出，导致其出现模态转移；其次，系统自身所具备的连续状态在达到一定条件后自动发生转移现象［3】。在电力电子电路中，所有电子器件开通与关断之间的不同组合导致了离散模态的不同。在每一种离散模态下，电路中各变量和某种规律可以一致，II受到状态方程约束的影响而受到连续变化。因此，从本质上来说,电力电子电路属于典型的混杂系统。不同于大规模的集成电路以及模拟电路，电力电子电路主电路结构比较简单，最主要的特点就是开关管的动作一直处于离散的状态，但是主电路的

5、工作过程却是连续的状态。非线性特征以及混杂系统系统特征比较明显［4］。本篇文章主要采用粒子滤波的预测算法来对电子电路故障进行预测。首先对电路进行分析，获取一定的性能参数；其次采用过去1到K−1吋刻的电路参数分别对未来K吋刻的电路进行K−l次预测；最后再对所有的预测结果进行分析与统计，进而得到K吋刻电路的故障概率，其工作原理如下图1所示：图1:电力电子故障预测框图模型二、电力电子电路结构型故障诊断如图一所示，以Buck电路为例，选择电路参数：C=2.2F,L=700H,R=10,Ui=30Vo系统状态初始值为=［1.2,8］T。过程噪声和观测噪声假定为零均值高斯分布，方

6、差矩阵分别为：STF的初始值为［1.6,7］T,P(0

7、0)=100000ln,p=0.95,dt=0.000001。如果开关管T的控制信号I频率为k=25kHz,仿真结果如下图图2所示:图2:Buck电路状态估计仿真结果在图二中，图2a表示的是系统状态的估计值与真实值，图2c表示的系统控制信号，从图中可以看出来，仿真结果与理论之间冇着很高的符合度，仿真结果表明，通过强跟踪滤波器可以对混杂系统的状态进行准确的估计。三、电力电子电路参数型故障诊断在诊断buck电路故障的时候，可以采用参数联合估计法、MB算法或者是STF算法来进行诊断测试。下图表示电容C衰减型故障的仿真结果示意图，这种型号的电容

8、器是最容易发生故障的元件之一［5】。在（a）图中可以看出，输出电压的估计值和真实值的实际参数，可以得出随着逐渐降低的C容量，输出的电压波纹呈现出的不断增加的状态；在（b）图中根据Jt•估计值和真实值的变化情况，间接的表示出在系统参数变化中STF算法的超强跟踪能力；在（c）图中可以用MB算法来测试出电容C的超过阀值，这也就表示的是容量所发生的衰减型的故障。按照同样的检测方式，就可以得出比较容易发生突变型故障的另